专利名称：一种新型钻井泵活塞的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油勘探、钻探开发工程使用的一种新型钻井泵活塞，尤 其适用于三缸单作用钻井泵。
背景技术：
目前，国内、外钻井生产所使用的钻井泵，如三缸单作用钻井泵的活塞主要 是由活塞铁芯、橡胶皮碗、橡胶密封圈、压板及卡簧组成。组装后的活塞通过 紧固螺母固定在活塞杆上跟随活塞杆做往复运动。活塞是钻井泵的易损件，目
前国外活塞的寿命一般为250 350h，而我国的活塞寿命一般为140 160h。
根据试验，目前使用的钻井泵活塞的失效往往是从活塞橡胶皮碗的根部出 现彗星状的缺陷开始的。其主要的原因有(1)活塞在运动过程中，橡胶皮碗 在高压泥浆的作用下，产生轴向变形，在橡胶皮碗与活塞铁芯之间形成了环形 空间。活塞在吸入过程中，有一部分泥浆在泥浆压力作用下会通过橡胶皮碗的 内孔进入到环形空间，而在排出过程中，橡胶皮碗受到排出压力的作用，使得 环形空间内的泥浆冲蚀和磨损橡胶皮碗的根部，导致皮碗根部出现彗星状的缺 陷，随着活塞的往复运动，这部分泥浆在吸入和排出压力的作用下，反复的使 缺陷不断扩大，直至橡胶皮碗失效。(2)活塞与缸套存在间隙。当冷却水喷射 到活塞后端面时， 一部分冷却水、空气及冷却水中含有的泥沙会通过活塞与缸 套间的间隙，经橡胶皮碗与活塞铁芯形成的环形空间进入到皮碗的根部，最后 到达缸套的吸入室内。空气进入吸入室后，会造成泥浆吸入不足，产生水击现 象，降低泵的使用寿命。冷却水进入到吸入室后，除了产生水击现象外，也会 造成泥浆的浓度降低，容易造成井塌、井喷等严重的事故。此外，冷却水中泥 沙有一部分会停留在缸套内壁上，随着往复运动的进行，容易造成活塞皮碗及 缸套的磨损失效。
实用新型内容
为了克服目前钻井泵活塞存在的密封性能差、易磨损、寿命低的不足，本 实用新型提供了一种新型钻井泵活塞，以提高钻井泵活塞及缸套的使用寿命。本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案是 一种新型钻井泵活塞 由活塞铁芯、橡胶皮碗、橡胶封堵环、密封圈、压板、卡簧及紧固螺母组成。 橡胶皮碗通过压板和卡簧固定在活塞铁芯上，空气封堵环通过硫化安装在活塞 铁芯的后端，活塞通过紧固螺母固定在活塞杆上。所述橡胶皮碗内缘与活塞铁 芯外缘采用圆锥形配合方式，橡胶皮碗的内缘锥度和活塞铁芯的外缘锥度采用
1:5 1:10;所述橡胶皮碗的外缘设计为一定的锥度，其外缘锥度为1:15，其橡 胶皮碗的唇角a采用15° 20°;所述橡胶封堵环的唇角e采用8° 10°。
通过改善橡胶皮碗与铁芯间的配合形式可以有效的防止在运动过程中，橡
胶皮碗与铁芯之间形成环形空间；通过改进橡胶皮碗的形状，消除尺寸突变和 减小唇角，有效的增加了皮碗的磨损区域，提高了其耐磨性；通过在活塞后端 加装橡胶封堵环，有效的防止了冷却水及空气的进入，提高了活塞和缸套的使 用寿命。
本实用新型与现有技术的活塞比较，其优点是
1. 提高了活塞及缸套的使用寿命。试验证明，在同等条件下，使用本新型
结构的活塞，橡胶皮碗的寿命是传统皮碗的2 5倍。
2. 采用橡胶封堵环，有效的防止空气进入吸入室内，消除了水击现象，提 高了泵的效率。
3. 采用橡胶封堵环，有效的防止了冷却水进入吸入室内，保证了泥浆的浓 度，故可以防止由于泥浆浓度稀释造成的井塌、井喷事故的发生。
4. 结构简单，易加工，便于工业化生产。
图1是本实用新型活塞的装配示意图。
图2是本实用新型活塞铁芯的结构示意图。
图3是本实用新型活塞的橡胶皮碗的结构示意图。
图4是本实用新型活塞的橡胶封堵环的结构示意图。
图中1.橡胶封堵环，2.橡胶皮碗，3.活塞铁芯，4.压板，5.卡簧，6.紧固 螺母，7.密封圈，8.缸套，9.活塞杆，IO.冷却管，ll.外缘锥度，12.外缘锥度，13.内缘锥度。
具体实施方式
如图l、图2、图3、图4所示， 一种新型钻井泵活塞主要包括橡胶封堵环 1、橡胶皮碗2、活塞铁芯3、压板4、卡簧5、紧固螺母6及密封圈7组成。橡 胶皮碗2通过压板4和卡簧5固定在活塞铁芯3上，橡胶封堵环1通过硫化安 装在活塞铁芯3的后端，活塞通过紧固螺母6固定在活塞杆9上。所述橡胶皮 碗2内缘与活塞铁芯3外缘采用圆锥形配合方式，橡胶皮碗2的内缘锥度13和 活塞铁芯3的外缘锥度11采用1:5 1:10;所述橡胶皮碗2的外缘设计带有锥 度，其外缘锥度12为1:15，其橡胶皮碗2的唇角a采用15° 20°;所述橡胶封 堵环1的唇角e采用8° 10°。
橡胶皮碗2内缘与活塞铁芯3外缘采用的圆锥形配合方式，可以有效的防 止在运动过程中，橡胶皮碗2与活塞铁芯3之间形成环形空间；将橡胶皮碗2 的外缘设计成外缘锥度12形状同时，减小唇角a ，使唇角a在15° 20°内变化， 不仅消除了橡胶皮碗2的尺寸突变，而且有效的提高了橡胶皮碗2与缸套8之 间的密封性能，同时也增大了橡胶皮碗2的磨损区域，提高了其耐磨性；通过 在活塞后端加装橡胶封堵环1，有效的防止了冷却管11中的冷却水及空气的进 入，提高了活塞和缸套的使用寿命。
本实用新型所述的活塞可制造成各种尺寸规格，以满足不同钻井工况的要求。
权利要求1.一种新型钻井泵活塞，由活塞铁芯(3)、橡胶皮碗(2)、橡胶封堵环(1)、密封圈(7)、压板(4)、卡簧(5)及紧固螺母(6)组成，其特征在于所述橡胶皮碗(2)内缘与活塞铁芯(3)外缘采用圆锥形配合方式，橡胶皮碗(2)的内缘锥度(13)和活塞铁芯的外缘锥度(11)采用1∶5～1∶10；所述橡胶皮碗(2)的外缘设计带有锥度，其外缘锥度(12)为1∶15。
2. 根据权利要求1所述的一种新型钻井泵活塞，其特征在于所述橡胶皮碗 (2)的唇角a采用15° 20°;所述橡胶封堵环(1)的唇角e采用8。 10。。
专利摘要本实用新型是用于石油天然气勘探钻井工程的一种新型钻井泵活塞，它由活塞铁芯、橡胶皮碗、橡胶封堵环、密封圈、压板、卡簧及紧固螺母组成，其特征在于，所述橡胶皮碗内缘与活塞铁芯外缘采用圆锥形配合方式，橡胶皮碗的内缘锥度和活塞铁芯的外缘锥度采用1∶5～1∶10；所述橡胶皮碗的外缘设计为一定的锥度，其外缘锥度为1∶15，其橡胶皮碗的唇角α采用15°～20°；所述橡胶封堵环的唇角θ采用8°～10°。通过改善橡胶皮碗与铁芯间的配合形式可防止在运动过程中，橡胶皮碗与铁芯之间形成环形空间；通过改进橡胶皮碗的形状，以提高其耐磨性；通过在活塞后端加装橡胶封堵环，防止冷却水及空气的进入，以提高活塞和缸套的使用寿命。
文档编号F04B53/00GK201358912SQ20092007957
公开日2009年12月9日 申请日期2009年3月12日 优先权日2009年3月12日
发明者吕治中, 庞学东, 张天津, 然 罗, 钟功祥, 玲 阳 申请人:西南石油大学